低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

低碳能源技术

前沿追踪的方法与应用

DITANNENGYUANJISHU

QIANYANZHUIZONGDEFANGFAYUYINGYONG

周忠科张忠友王晋伟著

企业管理出版社

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

周忠科张忠友王晋伟著

图书在版编目（CIP）数据

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用/周忠科，张忠友，王晋伟著．—北京：企业管理出版

社，2023.10

ISBN978-7-5164-2834-4

Ⅰ．①低…Ⅱ．①周…②张…③王…Ⅲ．①低碳经济－能源经济－研究－中国Ⅳ．①F426.2

中国国家版本馆CIP数据核字（2023）第067085号

书名：低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

书号：ISBN978-7-5164-2834-4

作者：周忠科张忠友王晋伟

责任编辑：陈戈田天

出版发行：企业管理出版社

经销：新华书店

地址：北京市海淀区紫竹院南路17号邮编：100048

网址：电子信箱：emph001@163.com

电话：编辑部（010）68701638发行部（010）68701816

印刷：北京亿友创新科技发展有限公司

版次：2023年10月第1版

印次：2023年10月第1次印刷

开本：787mm×1092mm1/16

印张：14.5

字数：267千字

定价：68.00元

版权所有翻印必究·印装有误负责调换

Summary摘要

在习近平新时代中国特色社会主义思想的指引下，能源领域深入推进能源革命并

落实“四个革命，一个合作”能源安全战略。本书积极响应国家能源技术革命的重大

战略需求，紧密结合国家能源集团业务板块，提升科技生产力，为集团中长期发展谋

篇布局，开展先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究，以期有力支撑国家能源集团的

可持续发展和科技转型，为中长期战略提供支撑。本书兼具学术与实践价值，汇总了

因应国家重大需求的低碳能源技术应用基础研究成果。

本书紧密围绕“先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究”，依次开展“理论基

础—方法框架—应用实践”的系统分析，通过全流程、递进式的研究，力图识别低碳

能源技术的研究前沿成果和发展方向，并将理论方法引入国家能源集团，服务于集团

的低碳能源技术布局。本书综合使用管理科学理论与方法，基于系统工程思维，开展

了以下创新性研究。

第一部分：梳理了先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法，提出“先进低

碳能源技术前沿追踪预测的决策支持系统”的总体设计。在这一部分，介绍了本书的

研究背景和整体思路，界定了研究对象，提出了低碳能源技术追踪预测的“四驱理

论”，揭示了低碳能源技术追踪预测方法体系的演变规律，构建了“先进低碳能源技

术前沿追踪预测的决策支持系统”。

第二部分：使用网络分析和聚类分析技术，识别出风能、光能、储能、氢能、核

能、地热能、生物质能、水力发电、海洋能、节能增效技术、原料替代技术、燃料替

代技术、非CO2减排技术、CCUS（碳捕集、利用与封存技术）、生物工程固碳技术、

能源互联网这16个领域的低碳能源技术前沿。在这一部分，研究基于2011—2020年

先进低碳能源技术文献的相关数据，分别从先进低碳能源技术相关研究的时间分布态

势、空间分布态势、国际合作研究现状、研究热点、研究前沿的视角，分析梳理先进

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

低碳能源技术的研究现状，进一步揭示了先进低碳能源技术的发展轨迹、研究前沿。

第三部分：使用数据挖掘技术和Logistic回归，预测低碳能源技术前沿的发展趋

势。在这一部分，利用信息采集、数据挖掘、情报加工、科学计量等工具，针对本书

关注的16类低碳能源技术，系统地开展前沿技术跟踪、监测、分析、预警、评价等

研究工作，从而深入了解低碳能源领域国内外前沿技术时空发展态势、热点技术领

域、前沿技术生命周期及国内外创新对比。

第四部分：基于本项目研发的低碳能源技术追踪预测方法，在国家能源集团的绿

色转型重点领域开展应用研究，揭示风能、光能、传统火电转型升级、储能、氢能、

智能采矿和煤化工这7个领域中低碳能源技术的研究前沿和发展趋势。结果表明，风

能技术的研究前沿（6个）定位在：①风能与其他能源耦合发电技术；②风力发电技

术；③发电机技术；④能源管理技术；⑤风能预测技术；⑥风能对经济影响的评估技

术。光能技术的研究前沿（4个）定位在：①太阳能光热转化技术；②太阳能光化学

转化技术；③太阳能光电转化技术；④光能存储系统的管理技术。传统火电转型升级

技术的研究前沿（4个）定位在：①燃煤电厂与其他清洁能源的耦合发电技术；②中

国低碳电力调度技术；③燃煤电厂燃烧后二氧化碳捕集技术；④燃煤电厂燃烧后其他

污染物的处理技术。储能技术的研究前沿（4个）定位在：①微电网储能技术；②热

储存技术；③电磁储能技术；④电化学储能技术。氢能技术的研究前沿（5个）定位

在：①生物制氢技术；②电解水制氢技术；③光催化分解水制氢技术；④储氢技术；

⑤氢能发电技术。智能采矿技术的研究前沿（4个）定位在：①新兴技术在智慧采矿

中的应用；②智能化控制技术在矿井排水系统中的应用；③智能采矿废弃物的再利用

技术；④采矿的废弃物在工业领域的应用。煤化工技术的研究前沿（4个）定位在：

①煤气化技术及其废水处理；②煤焦油处理技术；③煤焦油所产生的二氧化碳的捕集

技术；④煤化工行业低碳及其评估。

第五部分：对国家能源集团低碳能源技术布局进行政策研究，总结项目研究的主

要结论，并提出相应的政策建议。本书提出的政策建议包括：①加强低碳能源技术的

追踪预测研究；②关注海上风电开发，特别是深海浮风技术；③耦合太阳能和农业生

产，注重太阳能系统的景观设计；④将先进化石燃料发电技术作为转型优先选项，加

快国际合作研发；⑤注重开发颠覆性储能电池，加强材质、寿命、容量的突破创新；

⑥研发低成本、多元化制氢，探索多产业、大规模用氢；⑦探索更多新技术与采矿技

术集成，注重平衡安全、效率和低碳等因素；⑧重视煤炭绿色深加工利用，加强煤化

工和关联产业融合发展。

-2-

摘要

本书系统深入开展“先进低碳能源技术的前沿追踪与预测研究”，构建了具有自

主知识产权的“能源技术追踪预测系统”关键技术，具体创新点体现在：①揭示了

“先进低碳能源技术的前沿追踪预测”的理论基础和方法体系演变规律，研发了可以

流程化作业的决策支持系统；②探索了大数据和人工智能技术在“先进低碳能源技术

前沿追踪预测”实践中的应用，进一步提升“先进低碳能源技术追踪预测”的速度和

智能化。

本书为国家能源集团的低碳能源技术布局提供了新技术和新思路，并可以拓展应

用于相关能源企业的低碳技术管理实践。受限于研究者的时间、精力和经验水平，本

书仍然存在一些不足和局限，需要在未来的研究中不断完善。

关键词：低碳能源技术；技术追踪；技术预测；研究前沿；国家能源集团

-3-

Contents目录

第1章

先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法1

1.1研究背景和整体思路1

1.1.1研究背景1

1.1.2整体思路2

1.2研究对象、理论与方法3

1.2.1研究对象：低碳能源技术3

1.2.2低碳能源技术追踪预测的“四驱理论”4

1.2.3低碳能源技术追踪预测方法体系的演变4

1.3先进低碳能源技术前沿追踪预测系统的总体设计5

1.4先进低碳能源技术前沿追踪预测系统的结构设计9

第2章

先进低碳能源技术的前沿追踪15

2.1数据来源及研究方法15

2.1.1数据来源15

2.1.2研究框架15

2.1.3研究方法16

2.2先进低碳能源技术时间分布态势17

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

2.2.1先进零碳能源技术17

2.2.2先进减碳能源技术22

2.2.3先进储碳能源技术25

2.3先进低碳能源技术空间分布态势27

2.3.1先进零碳能源技术27

2.3.2先进减碳能源技术32

2.3.3先进储碳能源技术35

2.4先进低碳能源技术国际合作研究37

2.4.1先进零碳能源技术37

2.4.2先进减碳能源技术39

2.4.3先进储碳能源技术40

2.5先进低碳能源技术研究热点40

2.5.1先进零碳能源技术40

2.5.2先进减碳能源技术42

2.5.3先进储碳能源技术42

2.6先进低碳能源技术研究前沿43

2.6.1先进零碳能源技术43

2.6.2先进减碳能源技术49

2.6.3先进储碳能源技术52

第3章

先进低碳能源技术的前沿预测55

3.1先进技术创新的时空态势56

3.1.1风能56

3.1.2光能57

3.1.3储能58

3.1.4氢能58

3.1.5核能59

-2-

目录

3.1.6地热能60

3.1.7生物质能60

3.1.8水力发电62

3.1.9海洋能62

3.1.10节能增效技术63

3.1.11原料替代技术64

3.1.12燃料替代技术64

3.1.13非CO2减排技术65

3.1.14二氧化碳捕集、利用与封存技术66

3.1.15生物工程固碳67

3.1.16能源互联网67

3.2先进低碳技术热点领域68

3.2.1先进零碳技术热点领域68

3.2.2先进减碳技术热点领域75

3.2.3先进储碳技术热点领域78

3.2.4其他先进低碳技术热点领域79

3.3先进低碳前沿技术发展趋势预测81

3.3.1生命周期趋势预测方法81

3.3.2先进零碳技术发展趋势预测82

3.3.3先进减碳技术发展趋势预测87

3.3.4先进储碳技术发展趋势预测89

3.3.5其他先进低碳技术发展趋势预测89

第4章

低碳能源技术前沿追踪预测在国家能源集团的应用研究92

4.1国家能源集团重点领域的低碳能源技术前沿追踪预测92

4.1.1风能技术的前沿追踪预测92

4.1.2光能技术的前沿追踪预测94

4.1.3传统火电转型升级技术的前沿追踪预测94

-3-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

4.1.4储能技术的前沿追踪预测96

4.1.5氢能技术的前沿追踪预测97

4.1.6智能采矿技术的前沿追踪预测98

4.1.7煤化工技术的前沿追踪预测98

4.2风能领域的低碳能源技术前沿解读100

4.2.1风能技术分类体系101

4.2.2风能现有技术瓶颈105

4.2.3风能技术规划政策107

4.3光能领域的低碳能源技术前沿解读111

4.3.1光能技术分类体系112

4.3.2光能现有技术瓶颈119

4.3.3光能技术规划政策123

4.4传统火电转型升级领域的低碳能源技术前沿解读128

4.4.1传统火电转型升级技术分类体系129

4.4.2传统火电转型升级现有技术瓶颈138

4.4.3传统火电转型升级技术规划政策142

4.5储能领域的低碳能源技术前沿解读148

4.5.1储能技术分类体系149

4.5.2储能现有技术瓶颈160

4.5.3储能技术规划政策163

4.6氢能领域的低碳能源技术前沿解读167

4.6.1氢能技术分类体系167

4.6.2氢能现有技术瓶颈173

4.6.3氢能技术规划政策174

4.7智能采矿领域的低碳能源技术前沿解读178

4.7.1智能采矿技术分类体系179

4.7.2智能采矿现有技术瓶颈184

4.7.3智能采矿技术规划政策188

-4-

目录

4.8煤化工领域的低碳能源技术前沿解读193

4.8.1煤化工技术分类体系194

4.8.2煤化工现有技术瓶颈198

4.8.3煤化工技术规划政策200

第5章

国家能源集团低碳能源技术布局的政策研究：主要结论和政策建议206

5.1主要结论206

5.1.1开发了一种低碳能源技术追踪预测系统206

5.1.2识别了低碳能源技术的研究前沿207

5.1.3预测了低碳能源技术的发展趋势210

5.2政策建议211

5.2.1加强低碳能源技术的追踪预测研究211

5.2.2关注海上风电开发，特别是深海浮风技术212

5.2.3耦合太阳能和农业生产，注重太阳能系统的景观设计212

5.2.4将先进化石燃料发电技术作为转型优先选项，加快国际合作研发213

5.2.5注重开发颠覆性储能电池，加强材质、寿命、容量的突破创新213

5.2.6研发低成本、多元化制氢，探索多产业、大规模用氢213

5.2.7探索更多新技术与采矿技术集成，注重平衡安全、效率和低碳等因素214

5.2.8重视煤炭绿色深加工利用，加强煤化工和关联产业融合发展215

参考文献216

-5-

第1章

第1章

先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论

与方法

1.1研究背景和整体思路

1.1.1研究背景

由于我国的资源禀赋和化石能源的物质特性，大型能源企业仍然面临高能耗和高

排放的现状，不仅影响能源企业自身的可持续发展，还不利于我国国民经济和社会发

展，更不利于实现全球气候目标。特别是在2060年前实现碳中和目标的约束下，我

国低碳能源技术的发展方向在哪里，国家能源集团的低碳能源技术应该如何布局？

先进低碳能源技术的前沿追踪预测，涉及经济转型和产业升级、个人和组织行为

改变、能源系统变革等问题，是一项复杂的系统工程，存在很多的挑战和不确定性。

为了尽可能地提前探测技术前沿和精准预测技术轨迹，需要全局性的视野和前瞻性的

布局，在国家宏观战略层面和企业个体策略层面进行不同空间和时间尺度的统筹协

调，提出近期、中期、远期不同阶段的目标和要求，优化落地路径，实施及时有效的

政策干预，通过“技术追踪预测”来支撑能源技术革命过程的科学管理。

鉴于“技术追踪预测”的复杂性，结合集团的业务板块战略需求，迫切需要

对“先进低碳能源技术的前沿追踪预测”进行系统和深入的研究，对能源技术革命

过程客观规律进行深刻认识，形成科学的管理理论和方法，促进相关学科领域的发

展和高水平研究队伍的建设，是兼具学术与实践价值，体现国家需求的重要研究

任务。

-1-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

1.1.2整体思路

本书的特色是紧跟时代，积极响应国家能源技术革命重大需求，有力支撑低碳技

术科学优化布局。围绕“先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究”，具体创新点体现

在以下方面。

（1）系统构建了“先进低碳能源技术的前沿追踪预测”的理论基础和方法框架，

开发设计了“先进低碳能源技术的前沿追踪预测”的决策支持系统，包括总体设计和

结构设计，具有理论和实践价值。

（2）探索大数据和人工智能技术在“先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究”中

的应用，实现了基于多源大数据的低碳能源技术知识发现，进一步提升“先进低碳能

源技术追踪预测”的速度和精准性。

本书主要使用管理科学理论方法，基于系统工程思维，开展研究工作。具体技术

路线如图1-1所示。

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图1-1技术路线

根据图1-1所示，本书围绕“先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究”，开展5

部分主体研究，章节结构如下：

（1）第1章为先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法。

（2）第2章为先进低碳能源技术的前沿追踪。

-2-

第1章先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法

（3）第3章为先进低碳能源技术的前沿预测。

（4）第4章为低碳能源技术前沿追踪预测在国家能源集团的应用研究。

（5）第5章为国家能源集团低碳能源技术布局的政策研究：主要结论和政策建议。

1.2研究对象、理论与方法

1.2.1研究对象：低碳能源技术

依据中华人民共和国国家发展和改革委员会（以下简称国家发展改革委）的文

件——《国家发展改革委办公厅关于征集国家重点推广的低碳技术目录（第三批）的

通知》，根据控制过程所处的阶段，低碳技术的类别可以划分为三类：零碳技术、减

碳技术和储碳技术。

本书所指的低碳能源技术即低碳技术，其体系如图1-2所示。零碳技术作为源

头控制技术，包括可再生能源技术、氢能技术和先进民用核能技术。减碳技术作为

过程控制技术，包括节能和提高能效技术、原料替代或减少技术、燃料替代技术和

非二氧化碳温室气体减排技术。储碳技术作为末端控制技术，包括碳捕集、利用与

封存（CCUS）技术，以及生物工程固碳技术。参考国际能源署（InternationalEnergy

Agency，IEA）的分类体系，可再生能源技术包括生物质能技术、地热能技术、水力

发电技术、海洋能技术、太阳能技术和风能技术。

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图1-2低碳能源技术体系

需要注意的是，碳储技术中的生物工程固碳技术包括：①保护现有碳库，增加生

态系统的固碳能力。②增加碳库，改变土地利用方式，增加植物生产力。零碳技术中

-3-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

的生物质能技术指的是，可持续地生产生物产品，用生物质能代替化石能源。

根据实际情况，低碳能源技术领域的文献中，有一些文献专门探讨了能源互联网

和储能技术，而且在低碳能源技术实践中，能源互联网和储能技术也是实现低碳的重

要桥梁技术，因此在本书的低碳能源技术体系中加入了能源互联网和储能技术。

1.2.2低碳能源技术追踪预测的“四驱理论”

根据研究方法的主要特征，本书提出低碳能源技术追踪预测的“四驱理论”，即

低碳能源技术追踪预测方法可以分为四类：数据驱动型、战略驱动型、经验驱动型和

模型驱动型。现有的文献中，数据驱动型方法主要包括文献计量、专利分析和文本挖

掘；战略驱动型方法主要包括情景规划、环境扫描、趋势分析和技术路线图；经验驱

动型方法主要包括德尔菲法和专家小组法；模型驱动型方法主要包括多准则决策、经

验曲线、逻辑生长模型和交叉影响分析等16种具体方法。

现有的低碳能源技术追踪预测的文献主要应用于中长期的预判和规划，常见的预

见时间尺度是10～20年，也有个别文献的预见时间尺度达到40年左右，如Habib

和Wenzel预见2050年的清洁能源技术，Dixon等运用技术路线图预见2050年的低

碳能源，Lee运用动态GTAP模型预见2060年的生物制氢技术，Ordowich等运用学

习曲线预见2050年的煤炭和天然气发电技术。

1.2.3低碳能源技术追踪预测方法体系的演变

低碳能源技术追踪预测方法体系的演变经历了4个时期：①20世纪70年代前，

是预见的基础方法（德尔菲法）的发源和发展阶段，这个时期的方法体系主要是围绕

德尔菲法进行改良和拓展。②1970—2000年，此时期的方法体系在德尔菲的基础上，

融合了情景规划和趋势分析等战略型分析方法，典型的实践案例包括日本从1971年

开始的大规模科技预见调查（第一次至第七次）等。③21世纪的前20年，此阶段的

方法体系是在前一阶段的基础上，引入了文献计量方法，代表性应用是2005年完成

的日本第八次科技预见调查。此外，一些文献继续扩展了方法体系，基于文献和专利

数据，通过构建数学模型来辅助低碳能源技术追踪预测。④21世纪20年代以后，前

述的方法体系不能很好地满足大数据时代的低碳能源技术预见的需求，全球的能源战

略科学家都期待将大数据分析方法整合进入低碳能源技术追踪预测的方法体系，通过

挖掘更多的信息，发现更多的知识，构建更加灵活的决策支持系统，最终实现低碳能

源技术预见的智能化。

-4-

第1章先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法

1.3先进低碳能源技术前沿追踪预测系统的总体设计

本书介绍国家能源集团开发的一种低碳能源技术追踪预测系统，包括用于从服

务器获取能源技术数据信息并输出对应的能源技术追踪结果，将能源技术追踪结果

发送至服务器的技术追踪处理器；用于从技术追踪处理器获取能源技术追踪结果并

输出对应的能源技术预测结果，将能源技术预测结果发送至服务器的技术预测处理

器；用于收集能源技术数据信息，以及接收能源技术追踪结果和能源技术预测结果

并反馈至接收端的服务器；服务器与技术追踪处理器和技术预测处理器连接，且技

术追踪处理器连接技术预测处理器。采用此系统，可实现自动化且快速、准确地对

能源技术进行追踪和预测。

此系统总体设计的基本架构如图1-3所示，该系统包括：技术追踪处理器、技术

预测处理器和服务器。服务器与技术追踪处理器和技术预测处理器连接，且技术追踪

处理器连接技术预测处理器。

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图1-3系统总体设计的基本架构

服务器用于收集能源技术数据信息，其中，能源技术数据信息是与指定的能源技

术的研究相关的信息，指定的能源技术是需要进行追踪预测的能源技术。比如，能源

技术数据信息可以包括能源技术的专利数据、能源数据的文献数据、能源技术的年鉴

统计数据、能源数据的社交媒体数据等。服务器可以从数据库中得到能源技术数据信

息，比如从专利数据库中得到指定的能源技术的专利数据，从文献数据库中得到指定

的能源技术的文献数据，从年鉴统计数据库中得到指定的能源技术的年鉴统计数据、

从社交媒体数据库中得到指定的能源技术的社交媒体数据。

技术追踪处理器是可以基于能源技术数据信息得到能源技术追踪结果的处理器，

用于从服务器获取能源技术数据信息并输出对应的能源技术追踪结果，将能源技术

追踪结果发送至服务器。能源技术追踪结果包括研究热点信息、研发合作关系信息

和研究前沿信息，其中，研究热点信息是用于说明研究技术的热点，研发合作关系

-5-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

信息是用于说明研发合作相关内容的信息，研究前沿信息是用于说明研究前沿相关

内容的信息。技术追踪处理器可以采用公知的处理方式得到能源技术追踪结果，比

如，基于大数据挖掘，可以采用技术热点捕捉，从多个研究技术中探测热门的研究

技术，得到研究热点信息。例如，识别数据库中出现次数超过预设次数的研究技术

作为热门的研究技术，查找热门的研究技术所对应的研发合作关系信息及研究前沿

信息，或者采用其他公知的方法分别进行热点探测、获取研发合作关系、分析研究

前沿。

技术预测处理器是可以基于能源技术追踪结果得到能源技术预测结果的处理器，

用于从技术追踪处理器获取能源技术追踪结果并输出对应的能源技术预测结果，将能

源技术预测结果发送至服务器。能源技术预测结果包括能源技术未来发展轨迹和能源

技术路线图。技术追踪处理器可以采用公知的技术预测手段以生成技术未来发展轨迹

和技术路线图，比如，可以采用非线性技术预测。

服务器还用于接收能源技术追踪结果和能源技术预测结果并反馈至接收端。其

中，接收端可以是用户使用的终端，比如计算机、便携设备、可移动终端等。服务器

将能源技术追踪结果和能源技术预测结果返回至接收端，从而接收端可以分别获取到

指定的能源技术的技术追踪结果和技术预测结果，方便用户获取。

能源技术数据信息包括低碳能源技术数据信息；技术追踪处理器输出低碳能源技

术追踪结果，如低碳能源研究热点信息、低碳能源研发合作关系信息和低碳能源研究

前沿信息；技术预测处理器输出低碳能源技术预测结果，如低碳能源技术未来发展轨

迹和低碳能源技术路线图，从而使能源技术追踪预测系统实现对低碳能源技术的追踪

和预测。

上述能源技术追踪预测系统，经由技术追踪处理器基于能源技术数据信息输出对

应的能源技术追踪结果并发送至服务器，技术预测处理器基于能源技术追踪结果输出

对应的能源技术预测结果并发送至服务器，由服务器将能源技术追踪结果和能源技术

预测结果发送至接收端。如此，提供一种技术追踪处理器、技术预测处理器和服务器

相互连接的系统架构，将能源技术的追踪和预测进行系统集成，实现对能源技术的自

动化追踪和预测。相比于传统的人工研讨和调查，处理速度快、准确性高，可以有效

降低主观决策带来的不准确性，具有快速、精准、科学、高效等优点，可以有效地对

能源技术进行前瞻性管理，为能源技术布局赢得宝贵时间。此外，将能源技术的追踪

和能源技术的预测拆分，接收端不仅可以得到技术预测的结果，还可以单独得到技术

追踪的结果，得到的信息类别更多。

-6-

第1章先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法

技术追踪处理器包括：热点探测单元，用于捕捉能源技术的研究热点，可以使

用聚类分析方法得到研究热点信息，如K均值聚类方法或层次聚类方法等；合作网

络挖掘单元，用于侦测能源技术的研发合作关系，可以使用网络分析方法（Network

Analysis）挖掘能源技术的“研发人”字段，得到研发合作关系信息；前沿侦测单

元，用于侦测能源技术的研究前沿，可以使用文献共被引方法（LiteratureCo-Citation

Method）或文献耦合方法（BibliographicCoupling），得到研究前沿信息。

技术预测处理器包括：技术预测单元，用于预测能源技术未来发展轨迹，可以使

用线性回归方法（如最小二乘法线性回归）或非线性拟合方法（如巴斯模型），得到能

源技术未来逐年规模的估计值；路线图绘制单元，用于构建能源技术路线图，可以使

用甘特图绘制方法，得到包含技术发展起始点和技术发展时期长度等信息的水平条状

技术路线图。

系统总体设计的信息传输如图1-4所示，上述能源技术追踪预测系统还包括资源

管理服务器，资源管理服务器与服务器、技术追踪处理器和技术预测处理器连接。具

体地，资源管理服务器可以通过网络与服务器、技术追踪处理器和技术预测处理器通

信连接。

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图1-4系统总体设计的信息传输

资源管理服务器可以存储数据，可作为数据中转站，与服务器、技术追踪处理器

和技术预测处理器进行数据交互，提高数据流通的灵活性。比如，资源管理服务器可

以存储能源技术数据信息、能源技术追踪结果、能源技术预测结果。

资源管理服务器包括输入资源单元和输出资源单元，输入资源单元和输出资源单

元均与服务器、技术追踪处理器和技术预测处理器连接。输入资源单元和输出资源单

-7-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

元可以管理数据，也可以是存储模块。例如，以低碳能源技术的追踪预测为例，输入

资源单元管理的内容包括低碳能源技术的专利数据、低碳能源技术的文献数据、低碳

能源技术的年鉴统计数据、低碳能源技术的社交媒体数据；输出资源单元管理的内容

包括低碳能源技术的研究热点、低碳能源技术的研发合作关系、低碳能源技术的研究

前沿、低碳能源技术未来发展轨迹、低碳能源技术路线图。

服务器通常使用网页服务器，网页服务器与技术追踪处理器和技术预测处理器通

过网络通信连接。网页服务器与技术追踪处理器和技术预测处理器的数据交互方便快

捷，而且网页服务器可以获取用户通过网页输入的信息或者请求，使用方便。比如，

用户通过网页请求对低碳能源技术进行追踪预测，网页服务器接收到请求后，发送指

令至技术追踪处理器和技术预测处理器，技术追踪处理器启动对低碳能源技术的技术

追踪，技术预测处理器启动对低碳能源技术的技术预测。

如图1-4所示，上述能源技术追踪预测系统还包括接收能源技术追踪结果和能源

技术预测结果的用户终端，用户终端通过无线网络与服务器连接，比如通过无线网络

与网页服务器进行通信，通过采用无线网络通信的方式，不需要进行有线通信线路的

铺设，组网简单、维护方便。用户终端是用户使用的终端，比如计算机、便携设备、

可移动终端等。服务器将能源技术追踪结果和能源技术预测结果发送至用户终端，从

而使用户终端可以分别获取到指定的能源技术的技术追踪结果和技术预测结果，方便

用户获取。用户还可以通过用户终端发送请求至服务器，请求对指定的能源技术进行

追踪预测，服务器返回指定的能源技术的能源技术追踪结果和能源技术预测结果至用

户终端。

用户终端的数量可以有多个，多个用户终端都与服务器连接。以网页服务器为

例，多个用户终端都通过无线网络与网页服务器通信连接。

技术追踪处理器的数量可以有多个，多个技术追踪处理器都与技术预测处理器

和服务器连接，可以都通过网络通信连接。采用多个技术追踪处理器，可以在请求

技术追踪的任务量较多时，分配多个技术追踪处理器进行处理，提高追踪处理效率。

比如，有多个用户终端请求对不同的能源技术进行追踪，则可以采用多个技术追踪

处理器分别进行技术追踪，一个技术追踪处理器对一种能源技术进行追踪。

技术预测处理器的数量可以有多个，多个技术预测处理器都与技术追踪处理器和

服务器连接，可以都通过网络通信连接。例如，当有多个技术追踪处理器和技术预

测处理器时，技术追踪处理器和技术预测处理器的数量可以相等，且一个技术追踪

处理器对应连接一个技术预测处理器。采用多个技术预测处理器，可以在请求技术

-8-

第1章先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法

预测的任务量较多时，分配多个技术预测处理器进行处理，提高预测处理效率。

如图1-4所示，上述能源技术追踪预测系统还包括管理员终端，管理员终端与服

务器连接。管理员终端可以用于进行常规的管理作业，方便系统的管理与维护。

管理员终端包括管理设备和生物特征识别装置，管理设备与服务器连接，且与生

物特征识别装置连接。其中，生物特征识别装置用于采集用户的生物特征信息并识

别，管理设备在生物特征信息校验通过时响应用户操作，反之，则不响应用户操作，

如此，只有与校验通过的生物特征信息所对应的用户才可以使用管理员终端。此外，

还可以对用户进行权限设置，提高管理员终端的使用安全性。

生物特征识别装置通常使用指纹识别器，指纹识别器连接管理设备。指纹识别器

用于采集并识别指纹，使用方便且成本低。

综合上述系统总体设计的信息传输机制，能源技术追踪预测系统包括技术追踪处

理器、技术预测处理器、资源管理服务器、服务器、用户终端和管理员终端，其中，

技术追踪处理器、资源管理服务器、技术预测处理器和服务器构成决策支持服务器。

用户终端和管理员终端通过无线网络连接决策支持服务器；网页服务器通过数据流通

信网分别与资源管理服务器、技术追踪处理器和技术预测处理器连接，资源管理服务

器通过数据流通信网分别与技术追踪处理器和技术预测处理器连接，技术追踪处理器

通过数据流通信网连接技术预测处理器。

1.4先进低碳能源技术前沿追踪预测系统的结构设计

本书介绍国家能源集团开发的一种低碳能源技术追踪预测系统，此系统包括系统

固定底座、交换模块、无线网络模块和决策支持计算机，其中交换模块和无线网络模

块设置于系统固定底座上，且交换模块具有多个接口，各决策支持计算机设置于系统

固定底座上并可拆卸，且每一决策支持计算机与一接口电连接，各决策支持计算机通

过交换模块电连接。此外，一决策支持计算机与无线网络模块电连接，无线网络模块

用于与用户终端及管理终端通信连接。通过将各决策支持计算机集中安装在系统固定

底座上，使各决策支持计算机能够通过系统固定底座上的交换模块进行相互通信，使

各决策支持计算机能够在执行各自计算任务的同时实现高效的通信，进而高效地实现

能源技术追踪预测。

如图1-5至图1-7所示，能源技术追踪预测系统包括：系统固定底座100、交换

模块210、无线网络模块220和至少两个决策支持计算机230；所述交换模块210和

-9-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

所述无线网络模块220设置于所述系统固定底座100上，所述交换模块210具有多个

接口；所述决策支持计算机230可拆卸地设置于所述系统固定底座100上，且每一决

策支持计算机230与接口211电连接，决策支持计算机230通过与所述交换模块210

电连接；其中一决策支持计算机230与所述无线网络模块220电连接，所述无线网络

模块220用于与用户终端及管理员终端通信连接。

220

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230230

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210

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图1-5系统结构设计的基本架构

230

220231

130

100

234

122232

121

120

110101

210

211233

图1-6系统结构设计的交换模块图1-7系统结构设计的决策支持计算机

系统固定底座100用于固定交换模块210、无线网络模块220和各决策支持计算

机230，从而使得交换模块210、无线网络模块220和各决策支持计算机230能够集

成在系统固定底座100上。该系统固定底座100的底部设置有若干支撑部件，如万向

轮，这样，该系统固定底座100能够通过万向轮进行移动，使得系统固定底座100上

的交换模块210、无线网络模块220和各决策支持计算机230能够方便地随着系统固

-10-

第1章先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法

定底座100进行迁移。

如图1-6所示，该交换模块210具有多个接口211，各接口211之间相互通信连

接，比如，交换模块210内置交换处理单元，各接口211与交换处理单元电连接，这

样，与同各接口分别电连接的决策支持计算机230之间能够实现相互的通信。该交换

模块210通常使用交换机，交换机具有多个网络接口，各决策支持计算机230通过网

线与交换机的接口连接，由于该系统固定底座100上设置交换机，使得各决策支持计

算机230能够方便地连接至交换机，进而使得各决策支持计算机230之间能够方便地

进行通信。

该无线网络模块220用于接入无线网络，该无线网络模块220为Wi-Fi模块

（即移动通信模块），该Wi-Fi模块通过接入无线局域网的无线AP（WirelessAccess

Point，无线访问接入点）接入互联网，该移动通信模块可以是4G通信模块或者5G

通信模块，这样各决策支持计算机230中的其中一个，即可通过该无线网络模块220

便捷地接入通信网络，进而与用户终端和管理员终端实现连接。而各决策支持计算机

230也能够随着系统固定底座100迁移至任何存在无线网络的位置，接入无线网络，

与用户终端和管理员终端连接。

交换模块210与决策支持计算机230的电连接，决策支持计算机230与无线网络

模块220的电连接，以及各决策支持计算机230之间的电连接，均可实现通信，因

此，上述的电连接也可以称为通信连接，以实现上述各元件、模块之间的通信。

采用传统计算机的布局架构，各计算机分布于机房的不同位置，通过较长距离的

数据线缆连接至交换机，进而实现多个计算机的通信，这样不便于系统的多个计算机

的统一管理，并且不便于系统的多个计算机的迁移，本书提出的技术方案，通过将多

个决策支持计算机230设置于系统固定底座100上，使得多个决策支持计算机230便

于管理，并且便于统一迁移。此外，系统固定底座100上还提供了交换模块210和无

线网络模块220，不仅使得各决策支持计算机230之间能够便捷地通信，还使得各决

策支持计算机230能方便地接入无线网络与用户终端及管理终端通信连接。

通过将各决策支持计算机230集中安装在系统固定底座100上，使得各决策支持

计算机230能够通过系统固定底座100上的交换模块210进行相互通信，使得系统的

各决策支持计算机能够整合，便于管理，并且使得各决策支持计算机230能够在执行

各自的计算任务的同时实现高效的通信，进而高效地实现能源技术追踪预测，并且通

过无线网络模块220与用户终端310及管理终端320的通信连接，使得用户和管理人

员的接入更为便捷，通信更为方便。

-11-

低碳能源技术前沿追踪的方法与应用

如图1-8所示，能源技术追踪预测系统还包括用户终端310，所述用户终端310

通过所述无线网络模块220与所述决策支持计算机230中的一个通信连接。用户终端

310能够通过无线网络模块220便捷地接入决策支持计算机230，用户终端310与多

个决策支持计算机230中的其中一个通信连接。

本书提出的技术方案中，所述用户终端310的数量为多个，各所述用户终端310

分别通过所述无线网络模块220与所述决策支持计算机230中的一个通信连接。用户

终端310的数量可以为N个，N个用户终端310通过无线网络模块